- 80 gram/quả). Quả điều có tính giải nhiệt, mùi hương hấp dẫn và chứa một lượng vitamin dồi dào. Sau 60 ngày là trái chín, khi chín có màu vàng hoặc màu đỏ là tùy loại. Vỏ qủa mỏng láng bóng, bên trong chứa thòt mềm và có vò ngọt hơi chua. Dựa vào màu sắc khi chín, người ta phân quả điều ra làm hai loại chính: điều vàng và điều đỏ. - Điều vàng: về hình dạng bên ngoài điều vàng có hai loại: + Trái to, dài có nhiều nước, vò ngọt + Trái có màu vàng nhạt, to, bóng, nhiều nước, vò ngọt. -Điều đỏ: về hình dạng cũng có hai loại: + Trái nhỏ, tròn, có vò chát + Trái dài, đuôi nhọn, có nhiều nước, vò ngọt. 2.5.1.3 Thành phần hóa học của quả điều Dựa vào màu sắc của quả ta có hai loại chính đó là điều đỏ và điều vàng. Mỗi loại có chứa về số lượng các chất khác nhau. Theo nghiên cứu cho thấy các thành phần bên trong quả điều được ghi nhận trong bảng 2.1 Bảng 2.1: Thành phần hóa học của quả điều (Phạm Đình Thanh, 2003) Thành phần Quả đỏ Quả vàng Nước Tro Đường Đạm Chất béo Glucid khác Tanin Cellulose Acid citric 85,92 0,44 7,74 0,88 0,33 0,86 0,42 3,36 0,20 86,83 0,51 7,26 0,52 0,27 0,98 0,48 3,34 0,16 31 Ngoài ra, nếu xét về thành phần chất dinh dưỡng, vitamin cho ta thấy quả điều có chứa 1 nguồn vitamin rất đáng kể, đặc biệt là vitamin C. Để so sánh hàm lượng vitamin C trong quả điều với một số loại trái cây khác ta xem xét bảng 2.2 Bảng 2.2: Lượng vitamin C và muối khoáng trong một số loại quả Lượng chứa trên 100 (gr) Quả điều Các loại trái cây khác Đỏ Vàng Dứa Chuối Nho Chanh Cam Quýt Bơ Thiamin-B1( g) Riboflavin ( g) Vitamin C (mg) Canxi (mg) Phospho (mg) Sắt (mg) - 99 240 41 11 3 - 124 186 41 11 3 80 20 24 16 11 0,3 90 60 10 8 28 0,6 40 20 40 - - - 40 - 45 14 10 0,1 30 30 49 33 23 0,4 70 30 31 33 23 0,4 120 150 16 10 28 0,6 Như vậy ta thấy hàm lượng vitamin C trong quả điều chiếm rất cao (ngay cả so với họ cam chanh. Hàm lượng vitamin C trong quả điều cao gấp 10 lần so với dứa (thơm) và chuối, gấp 5 lần so với cam chanh. Vì thế cho thấy quả điều có thể được tận dụng để chế biến một số sản phẩm có giá trò nhờ vào hàm lượng vitamin và chất dinh dưỡng có trong quả điều. Tuy nhiên, quả điều có vò chát và nếu xử lý không kòp thời sẽ làm biến màu dòch quả do quả điều có hàm lượng tanin cao. Vì vậy làm ảnh hưởng lớn đến quá trình chế biến các sản phẩm từ quả điều. 2.5.1.4 Tình hình ở Việt Nam Cây điều du nhập vào nước ta từ những năm đầu thế kỉ 19 do người Bồ Đào Nha đưa vào trồng thử ở Nam Bộ và lan dần rải rác ở nhiều nơi. Vào đầu những năm 1980 cây điều mới được xem như loại cây công nghiệp quan trọng và được quan tâm phát triển, diện tích trồng điều ngày càng tăng đến năm 1988 (diện tích 32 trồng điều ở Việt Nam đạt khoảng 110.000 ha) tập trung chủ yếu ở các tỉnh phía Nam. Ở Việt Nam, quả chín thu hoạch 1 vụ/năm, Nam Bộ thu hoạch vào tháng 3 -5, Trung Bộ thu hoạch từ tháng 4 - 5. Phần quả sau khi lấy hạt, một phần nhỏ còn tươi tốt được sử dụng ăn tươi như rau hoặc chế biến thành rượu chát, dưa góp,….Một phần được ủ làm phân bón, đại bộ phận còn lại để phân rã tự nhiên. Gần đây, tổ chức Lassonde Technologie INC (Canada) và nhà máy đồ hộp xuất khẩu Đồng Nai (Donafood) thử liên doanh khai thác và cô đặc nước quả điều, sau đó đưa chế phẩm về Canada để xử lý tiếp và chế biến thành nước giải khát. Lượng trái được sử dụng trong 2 năm 93 - 94 mới chỉ vài chục tấn/năm. Một số nghiên cứu khác có tổng qui mô khai thác cũng chưa quá 100 tấn/năm. Phần quả sau khi thu hoạch thừa ứ khá lớn. Năm 1994, nước ta thu hoạch được sản lượng gần 725.000 tấn. Với tình hình đầu tư nâng cao diện tích trồng và sản lượng hạt xuất khẩu như hiện nay, con số này còn cao hơn rất nhiều. Vì vậy, đây sẽ là nguồn nguyên liệu rất dồi dào và có hiệu quả kinh tế to lớn nếu được khai thác và chế biến. 2.5.2 Hợp chất polyphenol – tanin 2.5.2.1 Một số tính chất cơ bản của tanin - Trọng lượng phân tử của tanin khoảng 500 – 3000 - Ở thể rắn tanin là chất kết tinh vô đònh hình, có vò chát đắng ở các mức khác nhau. Trong y học, tanin của một số cây được sử dụng làm thuốc - Hầu hết tanin đều tan trong nước, hòa tan được trong một số dung môi hữu cơ: rượu, acetol, etyl acetat,…, phần lớn tanin không tan trong benzen, dầu hỏa và cloroform. - Khi tanin tác dụng với dung dòch FeCl 3 sẽ tạo phức hợp xanh nhạt hay xanh tím phụ thuộc vào số lượng OH - có trong phân tử. 33 - Tanin tác dụng với kali bicromat hoặc acid cromic sẽ cho kết tủa màu xanh nhạt - Tanin tác dụng với vanilin sẽ tạo phức vanilin – tanin có màu nâu đỏ trong môi trường acid, phức này có khả năng hấp thụ cực đại ở bước sóng = 500 nm. - Tanin tác dụng với amonferrixyanua sẽ tạo phức màu đỏ thẩm - Tanin tác dụng với dung dòch protein, alkaloid sẽ tạo phức và kết tủa - Tanin có tính khử mạnh, trong không khí nó dễ bò oxy hóa, đặc biệt trong môi trường kiềm nó bò oxy hóa rất nhanh. Sản phẩm tự oxy hóa của tanin là có vò chát, màu nâu đỏ sau đó chuyển sang màu nâu xám hoặc nâu thẩm. - Tanin bò oxy hóa mạnh và triệt để khi tác dụng với KMnO 4 trong dung dòch acid hoặc với dung dòch Iod trong môi trường kiềm. Người ta áp dụng phương pháp này để đònh lượng tanin trong thực phẩm. - Tanin tạo kết tủa vàng với dung dòch acetat chì. Như vậy ta có thể tách tanin ra khỏi dòch chiết để thu hồi hoặc loại bỏ tanin. 2.5.2.2 Các phương pháp tách tanin ra khỏi dòch quả điều Tách tanin bằng bentonite Bentonite là một loại silicat tự nhiên, có công thức hóa học tổng quát là xSiO 2 .yX 2 O 3 .zH 2 O. Trong đó X là kim loại hóa trò 3 mà nhôm (Al) là chủ yếu. Do đó thành phần quan trọng nhất của bentonite là alumino silicat (xSiO 2 .yX 2 O 3 .zH 2 O). Trong công nghệ sản xuất rượu, bentonite được sử dụng như một tác nhân làm trong và để hấp phụ protein. Trong quá trình nước trái cây và rượu vang, lúc đầu bentonite chỉ được dùng ít nhưng đến đầu những năm 60 bentonite được sử dụng rộng cùng với gelatin. 34 Bên cạnh khả năng hấp thụ protein, bentonite còn có khả năng tách một lượng tanin đáng kể trong nước trái cây. Tách tanin bằng gelatin Gelatin có dạng bột, màu vàng, ít tan trong nước lạnh, tan nhiều trong nước nóng. Gelatin là protein tự nhiên được điều chế từ da và xương súc vật, làm sạch, phơi khô, nghiền nhỏ. Do đó, nó được lưu trữ dễ dàng và luôn luôn tốt ở điều kiện chuẩn (Brunner 1969). Khi điều chế gelatin, chúng ta dựa vào việc xử lý nguyên liệu ban đầu với dung dòch acid hay kiềm. Đối với quá trình xử lý nước trái cây, gelatin đóng vai trò làm trong cao hơn và phản ứng nhanh hơn. Điều này dựa trên điểm đẳng điện của phân tử protein. Điểm đẳng điện của gelatin acid là pH = 4,5 - 5, trong khi đó điểm đẳng điện của gelatin kiềm là 8,5 - 9. Bên cạnh điểm đẳng điện thì số bloom cũng là một yếu tố quan trọng để đánh giá chất lượng gelatin (số bloom là một đơn vò đo lường điện thế gel của gelatin). Các thí nghiệm cho thấy rằng gelatin với số bloom trung bình 80 - 100 là tốt nhất. Trong việc xử lý nước trái cây, gelatin được sử dụng để kết tủa tanin để cải tiến vò, làm giảm các phản ứng tạo màu nâu và ngăn cản các hiện tượng đục không mong muốn của tanin. Các tanin được kết tủa ở dạng bông (vảy) cùng với cặn của nước trái cây, như vậy sẽ làm trong và tăng khả năng lọc cho nước trái cây. Trước khi sử dụng gelatin cần phải được hòa tan trong nước. Có nhiều phương pháp để thực hiện điều này, tuy nhiên từ thực nghiệm người ta thấy rằng để hòa tan gelatin được tốt, người ta để gelatin trương nở trong nước lạnh sau đó thêm vào nước nóng 95 o C, nhờ đó sự hòa tan hoàn toàn gelatin được thực hiện nhanh chóng và đơn giản. Liều lượng gelatin thích hợp phải luôn được xác đònh bằng thực nghiệm. Chỉ khi đó mới đạt được sự kết tủa của tanin là tốt nhất cùng với sự phân cách tối ưu. 35 Tách tanin bằng nhựa hấp phụ XAD-16 Nhựa hấp phụ XAD-16 là loại nhựa hấp phụ chọn lọc các hợp chất polyphenol, chế phẩm này của nước ngoài, có dạng hạt màu vàng, XAD-16 là tên thương mại. Tách tanin bằng lòng trắng trứng Phương pháp tách tanin ra khỏi dòch quả điều bằng lòng trắng trứng dựa trên cơ sở tanin kết hợp với protein hay với kim loại để tạo tủa. Protein lòng trắng trứng là một nguyên liệu rất dễ kiếm, giá thành lại tương đối rẻ, công nghệ xử lý không đòi hỏi phức tạp nên ta có thể áp dụng phương pháp này để tách tanin ra khỏi dòch quả điều trên qui mô nhỏ. Bản chất của phương pháp này là do protein lòng trắng trứng bao gồm 11 cấu tử protein tương đối đơn giản. Điều này cho thấy việc sử dụng protein lòng trắng trứng trong việc tách tanin ra khỏi dòch quả điều là có hiệu quả và kinh tế. Các cấu tử protein lòng trắng trứng bao gồm orabumin (54%) có bản chất là một phosphoglycoprotein, conalbumin, oromucoid (là một glycoprotein), ovomucin, avidine,…. Protein có tính kháng khuẩn trực tiếp hoặc gián tiếp, tạo phức hợp với kim loại, có khả năng ức chế enzym, đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn ngừa sự oxy hóa tanin (tạo màu sản phẩm do các tác nhân này gây ra). Tách tanin bằng phương pháp vôi hóa Phương pháp này dựa trên nguyên tắc tanin kết hợp với canxi trong vôi tạo kết tủa. Cho dung dòch canxihydroxyd (Ca(OH) 2 ) nồng độ 22% vào dòch qủa cho đến khi pH trong dòch quả đạt 5,2 - 5,4, sau đó đưa dòch quả đi lọc. Kết quả cho thấy lượng tanin mất đi là 81% so với lượng tanin có trong dòch quả ban đầu. Sản phẩm kết tủa giữa tanin và canxi là tanat canxi. 36 Ngoài ra, người ta có thể áp dụng phối hợp nhiều phương pháp với nhau để đạt kết quả cao. Ví dụ, gelatin kết hợp với nhựa XAD-16: lượng gelatin là 1 g/l, nhiệt độ kết tủa là 60 o C trong thời gian 1 giờ. Sau đó lọc rồi cho chảy tiếp qua cột nhựa hấp phụ XAD-16. Kết quả cho thấy, lượng tanin tách được trong dòch quả là 93 – 94% 37 VẬT LIỆU, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Thời gian và đòa điểm thực hiện Thời gian: từ ngày 1 tháng 3 năm 2005 đến ngày 1 tháng 8 năm 2005 Đòa điểm: Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh 3.2 Vật liệu 3.2.1 Thiết bò 3.2.1.1 Thiết bò chính (tháp lên men) - Đặc điểm: loại tháp đệm, hình trụ, được chế tạo bằng vật liệu thủy tinh hữu cơ, đáy inox, hệ thống van và đường ống bằng nhựa. - Thông số kích thước tháp: đường kính D = 100 mm, bề dày = 2 mm, chiều cao tháp H = 1200 mm, chiều cao lớp đệm h = 1025 mm. - Vật liệu làm chất mang vi khuẩn giấm Trên cơ sở các yêu cầu về vật liệu làm chất mang vi sinh vật đã trình bày ở phần II, nhận thấy thân tre Việt Nam có thể đáp ứng được vì có các ưu điểm: rẻ tiền, dễ kiếm, có cơ tính và độ nhám cao, bề mặt riêng lớn, không chứa các chất độc gây ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật, dễ gia công và xử lý. Vì thế, chọn thân cây tre làm chất mang để nghiên cứu và khảo nghiệm khả năng thay thế cho phoi gỗ sồi. Phương pháp xử lý – gia công: thân tre mua về được gọt bỏ lớp vỏ trơn bên ngoài để tăng độ nhám, sau đó cắt thành những vòng Raschig (hình 3.1) có kích thước: Đường kính ngoài: d N = 11,9 mm Đường kính trong: d T = 8,3 mm Chiều cao : h = 12,2 mm 38 Vì không có điều kiện để tiến hành triệt khuẩn bằng hơi nước nên trước khi cho vào tháp vật liệu đệm được đem luộc và sấy khô nhiều lần nhằm tách hết những chất không có lợi cho vi khuẩn giấm và quá trình lên men như: tinh dầu, lignin,…. Sau đó, đem ngâm với dòch cấy giống trong một ngày rồi cho vào tháp một cách ngẫu nhiên để tiến hành cấy giống. Hình 3.1: Vật liệu mang vi khuẩn acid acetic được làm từ thân tre 3.2.1.2 Các thiết bò phụ - Bộ phận phân phối lỏng: đây là bộ phận biến dòng liên tục thành dòng gián đoạn cung cấp cho tháp lên men dưới dạng xung. Nó hoạt động theo cơ cấu máng lật. Lưu lượng lỏng được đo bằng cách thay đổi đối trọng ở máng lật để đo thể tích dòch lên men trong mỗi lần lật. Lưu lượng dòng lỏng: 40 – 200 ml/phút. - Bình mariot: ổn đònh lưu lượng lỏng theo nguyên tắc chiều cao hình học của lớp chất lỏng không đổi. - Bơm hoàn lưu: công suất ¼ Hp; năng suất 0,1 m 3 /h 3.2.1.3 Các hóa chất và dụng cụ thí nghiệm khác - Các dung dòch dùng chuẩn độ: NaOH 0,1N; HCl 0,1N và phenolphtalein - Nhiệt kế, đồng hồ 39 - Máy đo pH - Khúc xạ kế - Buret chuẩn độ, bình tam giác, pipet,… 3.2.2 Nguyên liệu 3.2.2.1 Giống vi khuẩn giấm - Chọn giống: như đã trình bày ở phần II, giống vi khuẩn giấm được chọn để nghiên cứu quá trình lên men là acetobacter aceti vì có những ưu điểm thích hợp cho phương pháp lên men nhanh: có độ bám dính cao, tạo màng tơi xốp, tích lũy và chòu được nồng độ acid cao (6%). - Đặc điểm sinh học của vi khuẩn acetobacter aceti: chúng là trực khuẩn ngắn, không chuyển động và có thể liên kết với nhau tạo thành chuỗi dài, nhuộm màu vàng với dung dòch Iod, có thể sống ở nồng độ cồn khá cao 11%. Nhiệt độ phát triển tối ưu của chúng là 34 o C. Nếu nhiệt độ quá cao (40 o C) sẽ gây ra hiện tượng co tế bào và tạo thành hình quả lê. - Giống vi khuẩn giấm acetobacter aceti được cung cấp bởi phòng thí nghiệm Vi Sinh, Khoa Công Nghệ Thực Phẩm, Trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh. 3.2.2.2 Thành phần môi trường cấy giống Môi trường cấy giống được pha theo công thức do Khoa Công Nghệ Thực Phẩm, Trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh cung cấp có thành phần ở bảng 3.1 sau: 40 . người ta phân quả điều ra làm hai loại chính: điều vàng và điều đỏ. - Điều vàng: về hình dạng bên ngoài điều vàng có hai loại: + Trái to, dài có nhiều nước, vò ngọt + Trái có màu vàng nhạt,. Chọn giống: như đã trình bày ở phần II, giống vi khuẩn giấm được chọn để nghiên cứu quá trình lên men là acetobacter aceti vì có những ưu điểm thích hợp cho phương pháp lên men nhanh: có độ bám. nước, vò ngọt. -Điều đ : về hình dạng cũng có hai loại: + Trái nhỏ, tròn, có vò chát + Trái dài, đuôi nhọn, có nhiều nước, vò ngọt. 2 .5. 1.3 Thành phần hóa học của quả điều Dựa vào màu